Datenerfassung bei nicht E61 Brühgruppen
Patricia Viebke, 10.05.2023
Nachdem beschlossen wurde welcher Temperatursensor sich aufgrund seiner Reaktionszeit für das Messsystem eignet, kann der Brühgruppenadapter konstruiert werden. Es wird ein Sensor von AVS Römer verwendet, der über ELSA Anschlüsse mit ø 6 Schläuchen integriert werden kann.
Für den Adapter ist ein Einsatz geplant, über welchen die nE61 Espressomaschine mit der Sensorik und dem E61 Brühgruppe verbunden wird. Der Brühgruppenadapter wird so konstruiert, dass möglichst wenig Totvolumen im nE61 Siebträger auftritt. Je höher das Totvolumen, desto mehr Wasser muss die Pumpe befördern, bevor ein Druckaufbau nachzuweisen ist.
Die erste Vermessung wird an der Dalla Corte Mina durchgeführt. Hierzu liegt ein passender Siebträger und ein Sieb mit 26 mm Höhe vor. Der Adapter hat eine Breite von 54,7 und eine Höhe von 25 . Die Bohrung im unteren Teil des Adapters stellt die Kernlochbohrung eines 1/4" Gewindes dar. Hier muss ein 1/4" Gewinde geschnitten werden und anschließend der passende ELSA Anschluss für einen 6 Schlauch eingeklebt werden.
Patricia Viebke, 04.05.2023
Für die Erfassung des Drucks und der Temperatur an Kaffeemaschinen ohne E61 Brühgruppe ist die Entwicklung eines Messadapters notwendig. Ein erster Brühgruppenadapter wurde bereits entwickelt und gefertigt. Die Erkenntnisse sind der Dokumentation [55] zu entnehmen.
Bei Wareneingang ist aufgefallen, dass die angegebenen Toleranzen von 0.3 überschritten wurden. Dadurch war die Integration des Temperatur- und Drucksensors nicht möglich.
Weiter hat sich der Drucksensor als nicht brauchbar gezeigt. Die vier Litzen der Brückenschaltung des Drucksensors sind über eine Klebeverbindung mit dem Sensor verbunden. Die Klebeverbindung richt nicht aus und die Litzen lösten sich vom Sensor. Es wird beschlossen zukünftig ein anderen Sensor zu verwenden. Es wird ein Relativdrucksensor von B+B Sensors mit einem Messbereich von 0 bis 25 bar verwendet. Der Drucksensor bietet über das G 1/4 Gewinde eine mechanische Integrationsmöglichkeit.
Es wird ein neuer Brühgruppenadapter konstruiert, der die bisher gesammelten Erkenntnisse berücksichtigt. Bei der Neukonstruktion werden die Optionen für die Temperaturmessung überprüft. Hierfür wird die Reaktionszeit der Temperatursensoren überprüft. Da es sich bei allen Sensoren um NTCs handelt, wird für jeden dieser ein Spannungsteiler auf dem Breadboard aufgebaut. Für eine erste Vergleichsmessung werden drei Sensoren verwendet.
Der ursprünglich verwendete NTC Sensor (selbst gefertigt) wird mit einem NTC von Italocoppie und einem NTC von AVS Römer verglichen. Die Messung startet bei Raumtemperatur, nach etwa 10 Sekunden werden die Sensoren in heißes Wasser gehalten. Da es sich um NTCs handelt und Spannungswerte gemessen werden, sinkt die Spannung bei zunehmender Temperatur. In der nebenstehenden Abbildung stellt blau den eigengefertigten NTC dar, orange den NTC von Italocoppie und gelb der NTC von AVS Römer.
Bei Betrachten der Abbildung wird erkenntlich, dass sich der Sensor von AVS Römer am schnellsten reagiert und den stabilsten Verlauf aufweist. Der AVS Römer Sensor bietet sich optimal an für die Konstruktion eines neuen Brühgruppenadapters, da dieser über ELSA Anschlüsse an Schlauchstücke verbunden werden kann. Der Sensor ist als gerader Durchlauf ausgeführt.
Neben dem AVS Sensor mit gerader Ausführung, gibt es einen Weiteren als Eckausführung. Es besteht die Aussage, dass die Eckausführung schneller auf eine Temperaturerhöhung reagiert. Dies wird mit der gleichen Vorgehensweise überprüft. Bei der Auswertung der Messergebnisse fällt auf, dass ein Vergleich der beiden Sensoren mit der Vorgehensweise nicht funktioniert. Durch das Eintauchen der Sensoren in Wasser entstehen Luftblasen im Sensor, was die Messwerte verfälscht. Es wird beschlossen die labortechnische Espressomaschine als Messumgebung zu verwenden.
In der labortechnschen Espressomaschine werden die beiden Sensoren von AVS Römer an der Teelanze befestigt. Das Modell NTC10 S85 stellt die Eckausführung dar, während NTC S69 der gerade Durchlaufsensor ist.
Für die Messung muss die Maschine vollständig aufgeheizt sein. Anschließend wird eine Messung gestartet, ohne den Teebezug zu betätigen, um ein Startniveau zu ermitteln. Anschließend wird der Teebezug aktiviert und das aus dem Boiler aufgeheizte Wasser von etwa 110°C strömt durch die Sensoren. In der nebenstehenden Abbildung ist zu erkennen, dass die Sensoren relativ gleich auf die Temperaturänderung reagierten. Die Huckel in dem Spannungsabfall sind durch das Siedende Wasser erzeugt.
Für die Konstruktion des Brühgruppenadapters werden beide Sensoren von AVS Römer als Möglichkeit gesehen. Je nach Konstruktion bzw. Montage wird entschieden, welche Ausführung verwendet wird. Da beide Sensoren einen Innenwiderstand von 10 aufweisen, ist die Elektronik hierfür nicht individuell anzupassen. Lediglich die Kalibrierkurve muss bei Austausch der Sensoren angepasst werden.
Patricia Viebke, 17.03.2022
Die Brühgruppenerweiterung für nE61 Espressomachinen muss neu überprüft werden. Abhängig von der Auswahl der zukünftig verwendeten Drucksensoren, muss die zweite Brühgruppe bzw. das Konzept der gesamten Brühgruppenerweiterung neu konstruiert werden.
Hierbei ist zu beachten, dass die Bohrungen größer konstruiert werden, damit das Kunststoffpulver nicht in den Hohlräumen bleibt.
Die aktuellen Kunststoffteile für die Brühgruppenerweiterung sind nicht verwendbar, aufgrund zu kleiner Bohrungen.
Somit konnte die Montage dieser an einer nE61 Espressomschine nicht stattfinden.
Patricia Viebke, 10.03.2022
Nachdem die Kunststoffteile eine zu kleine hohe Abweichungstoleranz aufweisen, können die Sensorelemente nicht in die zweite Brühgruppe geklebt werden. Für die Nachbearbeitung der Bohrung des Drucksensors ist ein Fräser notwendig. Aufgrund des Umzugs der Fakultätswerkstatt steht dieser nicht zur Verfügung.
Die Bohrungen für die Gewindeeinsätze müssen aufgebohrt werden und die Einsätze müssen eingeschraubt werden.
Das Pulver im Hohlraum muss entfernt werden, damit das Wasser problemlos durchläuft.
Eine Verbindung der Kunststoffteile konnte somit nicht ausgeführt werden.
Patricia Viebke, 02.12.2021
Die Kunststoffteile sind geliefert worden. Es ist bekannt das die Drucktoleranz ± 0,3 mm beträgt. Beim Nachmessen ist aufgefallen, dass die Bohrungen erheblich zu klein sind. Die Toleranz von - 0,3 mm wurde überschritten, die Bohrungen sind teilweise um einen ganzen Millimeter zu klein. Weiter ist auffällig, dass der Hohlraum der zweiten Brühgruppe mit dem Pulver des Druckverfahrens gefüllt ist. Die Ursache liegt in der Konstruktion zu kleiner Kanäle bzw. Hohlräume. Mit Luftdruck kann das Pulver möglicherweise entfernt werden.
Es wird eine Zeichnung für die Nachbearbeitung aller Kunststoffteile vorbereitet. Mit der Standbohrmaschine sollte die Nachbearbeitung vollständig durchgeführt werden können.
Patricia Viebke, 05.11.2021
Der Brühgruppenadapter besteht aus zwei Teilen - dem Kunststoffadapter und der zweiten Brühgruppe. Hierbei ist der Kunststoffadapter abhängig vom Siebträger der nicht E61 Espressomaschine. Andreas Goclik erstellte eine Liste von den Kaffeemaschinen, die in Zukunft mit dem Messsystem vermessen werden. Es musste überprüft werden, ob die aufgelisteten Espressomaschinen mit dem Kunststoffadapter kompatibel sind. Durch Rücksprache mit den Herstellern konnte herausgefunden werden, dass alle bis auf die Dalla Corte mit dem 58 mm Kunststoffadapter kompatibel ist. Für die Dalla Corte musste ein eigener Kunststoffadapter konstruiert werden.
Somit ist die Konstruktion für die Erweiterung abgeschlossen. Die Dateien sind im Fusion360 hochgeladen und bestellbereit. Bilder der Kunststoffadapter sind hier rechts zu sehen.
Des Weiteren wurden die zusätzlichen Teile herausgesucht, die bei DVG bestellt werden müssen. Hierunter fällt eine Dusche für die zweite Brühgruppe und ein bodenloser Siebträger mit 14 g Sieb für die Dalla Corte.
Ein passender O-Ring für die beiden Kunststoffadapter wurde ebenfalls herausgesucht und für die Bestellung weitergegeben.
Patricia Viebke, 02.11.2021
Der Temperatursensor für die Aufnahme der Temperatur vor dem Kaffeepuck für Espressomaschinen ohne E61 Brühgruppe ist gefertigt. Der Temperatursensor besteht aus einem Messadapter und einem NTC Sensor. Der NTC Sensor wurde in ein 1 mm Messingrohr eingesetzt. Dies wiederum wurde in den Messadapter geklebt. Als Klebstoff wurde der 2 Komponenten Klebstoff X60 hergenommen. Ein kleines Stück von einem 2 mm Messingrohr wurde dicht gequetscht und auf das 1 mm Messingrohr geklebt - es fungiert als Schutzkappe. Es war darauf zu achten, dass der NTC Sensor aufgrund der Beschichtung am Stück bleibt und nicht getrennt wird. Die zwei Drähte des NTCs wurden mit einem 2 Pin Stecker verlötet. Der Stecker mit dem herausstehenden Teil des NTCs wurde aufgewickelt und im Messadapter versteckt und verklebt.
Die Verkabelung für den Sensor wurde letztes Semester bereits erledigt. Mit einem Multimeter konnte die Funktionalität des Temperatursensors bestätigt werden. Der Sensor ist somit messbereit.
Patricia Viebke, 18.10.2021
Der Drucksensor wurde mit einem 4-Pin Stecker versehen. Der Stecker verbindet das 1,5 m lange Mikrofonkabel mit dem Sensor. Das andere Ende des Mikrofonkabels weist eine Steckerverbindung für das Raspberry Pi auf. Der Verkabelungsplan für den Drucksensor für Espressomaschinen ohne E61 Brühgruppe entspricht dem Verkabelungsplan für E61, da der gleiche Drucksensor hergenommen wird. Er ist dem Anhang der Dokumentation [30] zu entnehmen. Der Drucksensor wurde an das Raspberry Pi angesteckt und eine Testmessung mit der entworfenen MATLAB GUI wurde durchgeführt. Die Funktionalität des Drucksensors kann somit bestätigt werden. Beim Erzeugen von Druck steigt der Wert an. Die Werte verändern sich qualitativ richtig. Aufgrund noch nicht durchgeführter Kalibrierung sind die exakten Werte nicht korrekt.
Patricia Viebke, 14.10.2021
Für Espressomaschinen ohne E61 Brühgruppe muss eine Brühgruppen Erweiterung konstruiert werden, um die Temperatur und den Druck an der Messstelle der Brühgruppe erfassen zu können. Die Grundidee der Brühgruppenerweiterung ist dem Abschlussdokument [24] zu entnehmen. Sie besteht aus einem Kunststoffadapter und einer zweiten Brühgruppe, an der sich die Messstellen befinden zur Aufnahme des Druckes und der Temperatur. Die ursprüngliche Konstruktion musste überprüft und angepasst werden. Durch die Optimierung ist es gelungen, die zweite Brühgruppe kürzer zu gestalten, da für die Sensoren eine neue Ausführung der Messstellen konstruiert wurde. Der Drucksensor benötigt bei der Überarbeitung der zweiten Brühgruppe keinen Adapter mehr, sondern wird direkt in die vorgesehene Bohrung verklebt. Für den Temperatursensor ist ein neuer Messadapter konstruiert worden, welcher in die vorgesehene Bohrung der zweiten Brühgruppe hineinverschraubt wird. Des Weiteren wurde festgelegt den E61 Siebträger herzunehmen, der einen NTC Sensor integriert hat. Die Konstruktion ist dem Dokument [30] zu entnehmen. Dafür musste die Siebträgeraufnahme in der Höhe angepasst werden.
Der Auftrag für das 3D Drucken des Kunststoffadapters und der zweiten Brühgruppe muss noch fertig ausgeführt werden.
Der Kunststoffadapter, welcher in den bodenlosen Siebträger der nicht E61 BG Espressomaschine eingesetzt wird, ist gleich geblieben. Für die Verbindung des Kunststoffadapters mit der zweiten Brühgruppe sind drei M6 Außensechskant Schrauben und drei Stifte (06x24 mm) vorgesehen. Die Auslegungsrechnung für die Verbindungselemente wurde ebenfalls überprüft. Die benötigten Teile wie Schrauben, Stifte, O-Ring und Kleber wurden für die Bestellung weitergegeben.
Patricia Viebke, 17.09.2021
Das aktuelle Messsystem ist nur für Espressomaschinen mit einer E61 Brühgruppe ausgestattet. Für die Betriebsaufnahme von Parametern bei Espressomaschinen mit anderen Brühgruppen muss das Messsystem um einen NTC und einen Drucksensor erweitert werden. Da die Espressomaschinen keine E61 Brühgruppe besitzen an denen der Druck bzw. die Temperatur per Bohrung gemessen werden können, ist hier eine Adaption an die Brühgruppe vorzunehmen. Die Erweiterung befindet sich am Siebträger und ist folgendermaßen umzusetzen. Der Siebträger der Espressomaschine ohne E61 Brühgruppe ist bodenlos und besitzt einen gedruckten Kunststoffeinsatz, der das Brühwasser an eine zweite Brühgruppe überleitet. Die zweite Brühgruppe ist ebenfalls zu fertigen. Sie besitzt eine passende Bohrung, die direkt in den Wasserfluss leitet, um den Druck und die Temperatur dessen aufzunehmen. Um einen realen Brühwasserdruck beizubehalten, wird unter die zweite Brühgruppe ein Universal Siebträger mit Kaffeepuck eingesetzt.